Ages et structures des complexes basiques et ultrabasiques de la

Bull. Soc. géol. France, 1982, (7), t. XXIV, nO 3, p. 545-554
Ages et structures des complexes basiques et ultrabasiques
de la façade pacifique entre 3° Net
12° N
(Colombie, Panama et Costa-Rica)
par JACQUES BOURGOIS 1, JACQUES AZÉMA 1, JEAN TOURNON 2, HERVÉ BELLON 3
BERNARDO CALLE 4, EDUARDO PARRA 5, JEAN-FRANÇOIS TOUSSAINT 6, GEORGETTE GLAÇON 7
HUGUES FEINBERG 8, PATRICK DE WEVER 9 et ISABELLE ORIGLIA 9
Mots clés. - Ultrabasite, Métabasalte, Schiste vert, Pillow lava, Volcano-sédimentaire, Crétacé, Tertiaire, appe, Arc
insulaire, Zone subduction, Obduction, Téthys.
Panama, Colombie (Massif Bolivar), Costa Rica ('1assif Santa Elena), Océan Pacifique, Plaque Farallon.
Résumé. - La chaîne Sud-Caraïbe du Vénézuéla d'une part et l'Amérique centrale isthmique (Panama et Costa Rica) d'autre
part, constituent deux parcours possibles du prolongement des Andes équatorio-colombiennes à cc ophiolites l) (Andes du _ord). Ces
t.rois édifices
montagneux présentent en effet des roches basiques et ultrabasiques d'âges mésozoïque et tertiaire: ensemble allochtone
de
Lara au Vénézuéla, Serrania de Baudo et Cordillère occidentale des Andes de Colombie, région du Darien, péninsules de Sona et
de Azuero à Panama, péninsules de Nicoya et de Santa Elena au Costa Rica. Ce matériel, en partie d'origine océanique (( ophiolitique»
p.p.), présente par ailleurs une importante tectonique tangentielle (nappes des zones internes de l'édifice Sud-Caraïbe, nappes de la
Cordillère occidentale de Colombie, chevauchement des péridotites du massif de Santa Elena au Costa Rica) qui accentue le caractère
alpin de ces trois orogènes situés par ailleurs aux confins du domaine téthysien.
Nous nous proposons d'examiner les éléments d'une comparaison entre Amérique centrale isthmique et Andes de Colombie.
Des
points communs apparaissen t dans l'évolution crétacée et tertiaire de ces deux régions.
Un
premier stade qualifié de Téthysien (130 Ma à 75 Ma) les caractérise tout d'abord. On note que cette période passe par un
stade précoce, purement océanique, suivi d'un stade arc insulaire de type Ouest Pacifique. Vers 75 Ma, après le Santonien et avant le
Campanien supérieur, une puissante tectonique intervient. La Téthys meurt dans ces régions. On entre ensuite dans une histoire
Pacifico-Caraïbe.
La plaque Farallon, considérée comme un proto Pacifique Est, est subductée sous l'Amérique centrale isthmique et
sous la Colombie. Des phénomènes d'ouverture arrière arc sont détectés en Colombie.
Ages and structures of the basic and ultrabasic complexes
of
the Pacifie coast between 30N and 12
0N(Colombia,
Panama and Costa Rica)
Abstract. - The South Caribbean chain of Venezuela and also from Central America mountain system (Panama and Costa-
Rica)
represent two possible routes for the northern extension of the ophiolitic Ecuador-Colombian Andes (northern Andes). These three
mountain chains contain basic and ultrabasic rocks from the Mesozoîc and Tertiary at the following locations: the Lara nappes of
Venezuela,
Serrania de Baudo and western Cordillera from the Colombian Andes, the Darien region, the Sona and Azuero peninsulas
in Panama, and finally the icoya and Santa Elena peninsulas in Costa Rica. This material is partly of oceanic (( ophiolitic » p.p.),
origin and its present location results from important tangential tectonic events (interior zone nappes in the South caribbean chain,
nappes of the Western Cordillera in Colombia, and the thrusting of peridotites of the Santa Elena massif from Costa Rica). These events
accentuate the alpine character of these orogenies situated along the limits of the Tethys domain.
VVe propose to examine the comparative elements between the Central American isthmus and the Colombian Andes. The
common points appear in the development of the Cl'etaceous and Tertiary of these two regions.
First of all, there is a Tethysian stage (130 m.y. to 75 m.y.). This periode passes through a purely oceanic stage, followed by
a western Pacific type island arc stage. Towards 75 m.y., after the Santonian and before the late Campanian, strong tectonic activity
intervenes. The Tethys desappears in these regions. We th en enter into aPacific-Caribbean period. The Farallon plate, considered as
proto-East Pacific, is subducted under the Central American isthmus and under Colombia. Behind the arc, openings are detected in
Colombia.
1. Dépt. de géotectonique, Univ. P.-et-M.-Curie, T26 E1, 4pl. Jussieu, 75230 Paris Cedex 05 et LA 215 du C. .R.S.
2. Lab. de pétrologie, Univ. P.-et-M.-Curie, T26 E 4, 4pl. Jussieu, 75230 Paris Cedex 05.
3. GIS «Océanologie et géodynamique )l, Univ. de Bretagne Occidentale, 6av. Le Gorgeu, 29283 Brest Cedex.
4. Ingeominas, Cali (Colombie) A. A. 9727.
5. Ingeominas, Medellin (Colombie) A.A. 4653.
6. Dept. de ciencias de la Tierra, Fac. de ciencas, Univ. acional, Medellin (Colombie).
7. Lab. de stratigraphie, Univ. P.-et-M.-Curie, T26 E1, 4pl. Jussieu, 75230 Paris Cedex 05.
8. Lab. de micropaléontologie, Univ. P.-et-M.-Curie, T 25 E 4, 4pl. Jussieu, 75230 Paris Cedex 05.
9. Dépt. des sciences de la Terre, Univ. de Lille l, 59655 Villeneuve-d'Ascq, Cedex et E.R.A. 764.
ote présentée à la séance des 7-8 décembre 1981, déposée le 14 janvier 1982, manuscrit définitif reçu le 10 mars 1982.
Bull. Soc. géol. Fr., 1982, nO 3

546
J. BOURGOIS, J. AZÉlVIA, J. TOURNON et al.
1. - INTRODUCTION.
Depuis 1973, Aubouin [1973], Butterlin [1973],
Gansser [1973]
et Goossens [1973] ont montré que
les Andes
sont en fait composées de plusieurs seg-
ments dont l'identité est particulière. La présence
ou l'absence «d'ophiolites »est
l'un des critères
fondamentaux d'une distinction entre des Andes
méridionales, centrales
et septentrionales. C'est
ainsi que
la- présence de roches basiques et ultra-
basiques d'âge mésozoïque
et tertiaire, d'origine
oCéanique (s.l.), confère son caractère d'originalité
au tronçon septentrional des Andes équatorio-
colombiennes
[Hubach et Alvarado, 1934; Grosse,
1935 ;Nelson, 1959 ;Irving,
1971 ;Julivert, 1973 ;
Aubouin, 1972
et 1973; Gansser, 1973; Aubouin
~t al., 1977]. Le passage des Andes centrales aux
ARdes.septentrionales s'opère au niveau de la trans-
versale' .de Huanèabamba (Pérou septentrional),
face àla ride Carnegie (intra-plaque de Nazca,
fig. 1).
En Colombie, les Andes se divisent en trois cordil-
lères principales séparées
par de profondes vallées
interandines.
D'Est en Ouest, on distingue [Butter-
lin, 1977] :
la cordillère orientale, la vallée du rio
Magdalena, la cordillère centrale,
la dépression du
rio Cauca
et la cordillère occidentale. Plus àl'Ouest
et vers le Nord de la Colombie, la Serrania de Baudo
apparaît àla côte pacifique (fig. 1) ;elle est séparée
de la cordillère occidentale
par la très vaste dépression
tertiaire du bassin de l'Atrato (Choco). Seules la
cordillère occidentale
et la Serrania de Baudo pré-
sentent des roches océaniques mésozoïques et ter-
tiaires àcaractère tholéütique. On désigne généra-
lement cet ensemble sous le vocable de «
accidente
colombiano )).
Les travaux récents de Stephan et al. [1980]
proposent de voir dans cet « accidente colombiano ))
un prolongement «alpino-téthysien )) de l'orogène
Sud Caraïbe du Vénézuéla.
Ces deux tronçons
présentent en effet, comme l'avaient déjà noté
Aubouin_ et al. [1977], des points communs dans
leur évolution
magmato-structurale et métamor-
phique. La mise en évidence récente de nappes dans
l' «
accidente colombiano )) [Bourgois et al., 1982]
renforce le dossier dans ce sens.
Ces interprétations ne doivent cependant pas
faire oublier que divers jalons plus'ou moins continus
de roches basiques tholéiitiques caractérisent la
façace pacifique depuis
l'Équateur au Sud jusqu'au
Costa Rica vers le Nord. Ce dispositif qui emprunte
le parcours de l'Amérique centrale représente une
alternative à l'interprétation purement caraïbe ou
téthysienne des Andes àophiolites.
Ce point de vue
aparticulièrement été défendu, sur des bases géo-
chimiques,
par Goossens [1973] et surtout Goossens
et al. [1977] qui envisagent pour toutes ces roches,
Bull. Soc. géol.' Fr., 1982, nO 3
d'âge crétacé àtertiaire, une ongme commune :
tholéiites
d'un unique plancher océanique ou bien
arc insulaire andin précoce. Les données que nous
avons rassemblées sur ces régions
apportent des
informations nouvelles de deux
ordres: d'une part,
l'histoire régionale est beaucoup plus complexe que
celle antérieurement envisagée
et montre, d'autre
part, une étroite communauté d'évolution des divers
massifs àroches océaniques (s.l.) de la façade
pacifique
entre 3°N et 12
oN.
II. -LE COSTA RICA.
Les péninsules de Santa Elena, de Nicoya et
d'Osa ainsi que les régions de Quepos et Herradura
(fig. 1) constituent les principaux affleurements de
matériel d'origine océanique de
la bordure pacifique
du Costa Rica.
Vers le Nord, la découverte des roches ultra-
basiques et métabasiques du massif de Santa Elena
revient àHarrison [1953].
Pour divers auteurs il
s'agirait là
d'un horst de matériel profond dont la
venue àl'affleurement
pourrait être liée àl'accident
de Clipperton [Dengo, 1962 a
et b; Vveyl, 1969;
Schmidt-Effing, 1980]. Des travaux récents [Azéma
et Tournon, 1980; Tournon et Azéma, 1980] ont
permis de montrer que la péninsule de Santa Elena
correspond à un édifice tectonique caractérisé par
le charriage d'un complexe ultrabasique et basique
sur
un autochtone relatif formé de matériel volcano-
sédimentaire mésozoïque. De
haut en bas on
distingue:
1) l'ensemble supérieur, allochtone, qui constitue
l'essentiel de la péninsule de
Santa Elena et corres-
pond àdes harzburgites partiellement serpentinisées
dans lesquelles on observe
un certain nombre de
termes basiques :rares filons de gabbros pegmati-
tiques
et filons de dolérites.
Ces filons, nombreux dans tout le massif, sont
localement si abondants qu'ils isolent en panneaux
l'encaissant harzburgitique. On note la présence
d'un complexe stratitié :cumulats ultrabasiques,
gabbros stratifiés
et plagiogranites. Cet ensemble
est recoupé
par des filons doléritiques et basaltiques.
Dans d'étroites zones de cisaillement les dolérites
peuvent être métamorphisées en amphibolites foliées.
Ce massif est interprété comme soubassement d'un
c0mplexe ophiolitique;
2) l'ensemble inférieur, autochtone relatif, visible
en fenêtre dans
la petite vallée de Potrero Grande
et en demi-fenêtre sur le littoral dans le secteur
Carrizal-Respingue qui
montre une série volcano-
sédimentaire qui comprend des dolérites, des basaltes
en pillows interstratifiés de sédiments siliceux
et
volcano-clastiques au sein desquels des assemblages

ÂGES DES COMPLEXES BASIQUES, PANAMA
547
de Radiolaires
ont pu être dégagés. La première
découverte est due àSchmidt-Effing [1980]
qui y a
décrit une riche faune
pour laquelle il envisageait
alors
un âge plutôt cénomanien. Récemment des
calcaires
fortement siliceux ont livré une abondante
association de l'Albien alors que des faunes moins
bien conservées d'âge albo-cénomanien
étaient
extraites de radiolarites massives [Azéma et al.,
1982]. En outre cet ensemble inférieur est recoupé
par un complexe filonien et des corps intrusifs
doléritiques. Il
faut également noter la présence de
sills constitués
d'un matériel sous-saturé potassique
localisé dans les radiolarites.
Cette série volcano-sédimentaire datée actuel-
lement du Crétacé moyen pourrait être l'équivalent
latéral d'une partie de l' «Unité Esperanza », d'âge
cénomanien àsantonien,
qui selon Kuijpers [1980]
représenterait l'élément supérieur du complexe de
Nicoya. Si on
tient compte des données recueillies
à Santa Elena [Schmidt-Effing, 1980 ;Azéma et al.,
1982], et dans la péninsule de Nicoya, où de l'Albien
àAmmonites aété rencontré [Azéma
et al., 1979]
et où un âge radiométrique à72,5 ±4Ma aété
obtenu sur des basaltes en pillows [Barr et Escalante,
1969] ;
il ressort que l' « Unité Esperanza» pourrait
couvrir une période de temps qui irait de l'Albien au
Campanien.
Quant àl' « Unité Matapalo », également définie
par Kuijpers [1980] mais cette fois àla base du
complexe de Nicoya, elle correspond essentiellement
àdes basaltes massifs ou en pillows associés àdes
radiolarites
souvent riches en manganèse. Cette
unité alivré des assemblages de Radiolaires compris
entre le Berriasien et l'Aptien [Kuijpers, 1980] et
pourrait même comporter du Tithonique [Galli,
1977; Schmidt-Effing, 1979].
Dans le schéma proposé par Kuijpers [1980]
la superposition «
Esperanza» sur «Matapalo »serait
d'ordre tectonique (rapprochement après le Santo-
nien de deux ensembles paléogéographiquement
distincts).
Pour d'autres chercheurs [Schmidt-Effing
et al., sous presse] on aurait seulement affaire àdeux
unités lithologiques
«( Lower Nicoya Complex » et
« Upper Nicoya Complex ») distinctes par leur
contenu volcano-sédimentaire qui se serait déposées
successivement
et normalement au sein d'un même
domaine océanique àl'histoire géodynamique
compliquée.
Ainsi
l'étude de la péninsule de Santa Elena permet
de démontrer l'allochtonie du massif ultrabasique
sur un autochtone relatif formé de ·terrains vokano-
sédimentaires qui pourraient éventuellement repré-
senter
l'équivalent latéral de l' « Unité Esperanza ».
Dans cette hypothèse on est amené àenvisager que
la mise en place du massif ultrabasique est évidem-
ment postérieure au Cénomanien (âge le plus récent
fourni
par certains échantillons prélevés à Santa
Elena), peut-être au Santonien (âge de certaines
radiolarites de l' «
Unité Esperanza »), voire mêlne
au Campanien (datation radiométrique à72,5 ±4Ma
sur des basaltes en pillows) et antérieure au Campanien
supérieur-Maestrichtien
dont les dépôts sont dis-
cordants sur le massif de Santa Elena [Harrison,
1953 ;
Hoffstetter et al., 1960].
Au point de vue lithostratigraphique la série
«post-nappe »qui affleure en divers points du littoral
pacifique (péninsules de Santa Elena et de Nicoya ;
secteurs de Quepos,
Herradura et Osa-Golfito)
correspond à
un ensemble détritique volcano-
clastique
au sein duquel les éléments volcaniques,
d'origine calco-alcaline, sont
abondants. Des coulées
de basaltes en pillows
apparaissent ici ou là ;d'assez
nombreuses passées calcaires
permettent des data-
tions précises qui s'échelonnent du Campanien
supérieur -Maestrichtien àl'Éocène inférieur
et
au-delà. On s'accorde àretrouver, dans cette série,
une logique
d'arc insulaire lié àla subduction de la
plaque
Farallon [Atwater, 1970].
En conclusion, les roches basiques et ultrabasiques
de la façade pacifique
du Costa Rica témoignent
d'une évolution en trois temps :
-De 130 à
75 Ma (Néocomien àSantonien), une
aire océanique
(s.l.), correspondant aux roches du
complexe de Nicoya, s'individualise. Les laves qui la
constituent sont en majeure partie tholéiitiques [Weyl,
1969]. Des précisions intéressantes
sont apportées
par Girard [1981] qui indique que les clinopyroxènes
des basaltes de
cette unité appartiennent au domaine
«non alcalin et non orogénique »dans les diagrammes
de
Leterrier et al. [1981 J. Concernant le massif
ultrabasique de Santa Elena, l'interprétation la
plus simple serait
d'y voir le témoin du soubassement
du domaine océanique (s.l.) de «Nicoya, ».
---.: Autour de 75 Ma (après le Santonien et avant
le Campanien supérieur), un puissant écaillage
crustal amène le massif de Santa Elen,.a àchevaucher
les roches du domaine de «Nicoya
». Cet événement
marque la fermeture plus ou moins complète du
domaine océanique de la période précédente.
-Depuis 70 Ma (depuis le Campanien supérieur-
Maestrichtien),
la subduction de la plaque océanique
Farallon s'installe.
Un arc insulaire se développe sur
le soubassement tectonisé du domaine océanique
(s.l.) de «Nicoya » -
Santa Elena.
De
cette évolution, il faut retenir la coupure
fondamentale
qu'introduit la tectonique intra-
campanienne en Amérique centrale isthmique.
III. - LA COLOMBIE.
L'analyse structurale menée sur la partie nord de
la cordillère occidentale colombienne arévélé [Bour-
Bull. Soc. géol. Fr., 1982, nO 3
~' .;

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FIG. 1. - Carte de localisation: A : Andes (s.s.). B : orogènes impliquant un Méso-Cenozoïque océanique àroches basiques et ultra-
basiques. C : Précambrien du bouclier guyanais.
Principales séries de la façace pacifique de l'Amérique Centrale isthmique et de la Colombie, et de la Cordillère Occidentale
Colombienne.
1 :
harzburgites ; 2 : dunites ; 3 : pyroxénites ; 4 : cumulats, gabbros lités... ; 5 : amphibolites, faciès H.T. ; 6 : filons de gabbro
pegmatitique ; 7 : filons, sills, intrusions de dolérite ; 8 : filons B.T. ; 9 : basaltes et dolérites ;10 : intrusions de grano-diorite ; 11 :
(Schistes
verts» ;12 : basaltes en pillow ;13 : radiolarites, formations siliceuses (Rio Verde) ;14 : calcaires; 15 : formations sédimen-
taires essentiellement détritiques (à nombreux éléments d'origine volcanique acide) ;16 : formations volcano-détritiques (localement
à Ammonites dans la péninsule de icoya); 17 :mélange riche en blocs de calcaire (14) et de radiolarite (13) à matrice volcano-
détritique (16) ;18 : agglomérat; 19 :flysch grossier; 20 :flysch fin ; 21 :schistes du Dagua (faciès «schistes verts» éventuellement
comparable à11) ; 22 : contact de nappe.

9
8
20'
ID'
15'
20
t
RIO DAGUA®
70'
213-liiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiil
UNITÉ DE r.;;-., 12
LOBO GUERRERO®
4
RIO VERDE ®
75'
80'
85'
RIO CALIMA
SUD
®
RIO CALIMA
NORD
CD
4
v
v
PtNINSULE DE SANTA ELENA
SERRAN lA DE BAUDO
~~iil"
A~
PtN INSULE DE NICOYA
QUEPOS
PtNINSULE DE OSA
PtNINSULE DE AZUERO-----l-----"."c:::..,...+~ ... K
DA RIEN ---I------/.
SERRANIA DE BAU DO -----l---=.",..;;:;~~~
CORDILLÈRE OCCIDENTALE NORD
(Colonnes l et VI) ----f,::-=:':,--t~-+-~e;
CORDILLÈRE OCCIDENTALE SUD
( Colonnes II à V) ----+---4=J--+----/
COLOMBIE
- .... ~--- (Serrania de Baudo et Cordillère occidentale)
CaROl LLÈRE OCCI DENTALE
FIG. 1. _ Location map : A : Andes (s.s.) ;B : Orogenies implying mesocenozoic oceanic type for basic and ultrabasic rocks; C : Pree am-
brian Guyana shield.
Principal Pacifie front series from the Central American isthmus and Colombia, and from the western Colombian Cordillera.
1 : harzburgites ; 2 : dunites ; 3 : pyroxenites ; 4 : cumulate gabbros, bedded gabbros... ; 5 : amphibolites, H. T. facies; 6 : pegmatic
gabbro (Jeins ;7 : (Jeins, sills, dolerite intrusions; 8 : L.T. (Jeins ;9 : basalts and dolerites ; 10 : grano-diorite intrusions; 11 :greenschists ;
12 : pillow basalts ; 13 : radiolarites, siliceous formations (Rio Verde) ;14 : limestones ; 15 : essentially detrital sedimentary formations
(with alarge number of acidic (Jolcanic elements) ; 16 :(Jolcano-detrital formations (with local occurrence of Ammonites in the Nicoya penin-
sula) ;17 : melange rich in limestone blocks (14) and radiolarites (13) with a(Jolcano-detrical matrix (16) ; 18 : agglomerate ; 19 :coarse
sized flysch ;20 :fined grained flysch ;21 : Dagua schists (( greenschist II facies e(Jentually comparable to 11) ;22 : nappe contact.